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3.2 x10m 机立窑 总体 窑体 卸料 部件 设计

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盐城工学院 本科毕业设计说明书 2004摘 要本课题是设计机械立窑上的一种双曲面可换齿卸料装置。本着既体现现代立窑水泥企业的先进性，又能经过努力可以实现的设计原则，同时也参考了一些机械立窑方面的相关设计资料以及参考数据，并尽可能多的采用最新的国家标准进行设计。这种装置是通过立窑的立轴传动来拨动物料和破碎物料的装置。与传统的机立窑卸料装置相比，它具有更大的破碎能力和通风面积，破碎均匀性和通风均匀性都有了进一步改善提高。它的创新点就是将老式的半球型或球锥型卸料篦子设计成由两个半球面联接起来的盘塔结构，将爪齿设计为可换齿结构，这样不仅安全可靠，而且爪齿可以更换，无需更换塔体，从而使塔篦子的使用寿命延长。本设计课题来源于“南京立窑水泥技术研究所”。关键词：机械立窑 卸料 双曲面可换齿卸料装置AbstractThis is the design of a discharge of the mechanical erect kiln device, which is hyperboloid may change tooth. In line with embodying modern erect kiln cement enterprise advance, it can again pass effort may realize design principle, at the same time have also referred to reference data as well as the related design information in the aspect of some mechanical erect kilns, and as far as possible much design with latest national standard. This kind of installation turns the installation of whisking material and breaking them through the transmission of vertical axletree. Compared with the tradition erect kilns, it has larger broken ability and ventilation area, the uniformity and ventilation uniformity will be improved to break material further. Its innovation point is that instead of the hemisphere type or ball awl type discharge of old type of two hemisphere surfaces coupling get up coil tower structure, the design of claw tooth is may changed which is not only safety reliable, and need not change tower body, and extend the longevity of this device.This design derives from Nanjing erect kiln cement technology study place .Keywords：Mechanical erect kiln Discharge Tooth and Discharge Hyperboloid盐城工学院 本科毕业设计说明书 20040前言水泥立窑源于一八二四年英国砖工人阿斯帕丁发明的土立窑，土立窑也称普通立窑，类似于人们常见的砖瓦小窑，用砖平地而起成筒形，上边加料，下边卸料，煅烧过程和卸料过程间断进行，因而生产效率低，热耗大，煅烧质量低，一九一二年窑的卸料部分改用锥形回转篦子，生产水泥的新阶段开始了。机械化连续卸料的水泥立窑称为机械化立窑。它在我国水泥工业发展中起着很大作用，为我国国民经济的建设作出了巨大的贡献。课题来源于“南京立窑水泥技术研究所”。已知条件：本着既体现现代立窑水泥企业的先进性，又能经过努力可以实现的原则，制定了现代立窑水泥企业八项技术经济指标，作为改造、提高机立窑水泥企业的具体目标。为此机立窑规格由过去的2.2m、2.5m、2.84m、3.0m逐步向3.1m、3.2m、3.3m、3.4m的规格发展。在研究大直径机立窑窑型时，必须采取系统研究大直径立窑技术要求及技术措施。针对市场行情，考虑到现代水泥立窑的发展趋势，所以我的课题就是3.2x10m机械立窑。已知条件是：1、规格：3.2x10m；2、产量：16万吨/年 普硅水泥 混合材15%；3、运转率：300天/年。 需要解决的问题：在世界水泥工业想大回转窑煅烧发展的今天，中国机械立窑的前途到底如何,它该怎样发展，是很多水泥工作者十分关注的问题。当今立窑水泥生产线的主要特点是投资少、上马快、适应小的水泥市场和交通不便工业不够发达的地区，但是，规模小、不易自动化和大型化、水泥质量不够均匀稳定。其次立窑水泥企业的环保形象很不好，主要是粉尘污染严重，大多数立窑水泥企业的粉尘排放浓度不达标。这些直接影响立窑的发展前途。由于我国水泥工业正在结构调整时期，产业政策加大了限制立窑发展和淘汰落后立窑的力度。所以要实现立窑的可持续发展，必须使立窑规格大型化、提高产品质量、注重节能和环保。现代立窑水泥企业的八项指标，是可持续发展的战略的第一步目标。我国于一九四二年安装了第一台机械化立窑，在山西大同泉口水泥厂到一九八0年止，小水泥厂的产量占总产量的一半以上，并有逐年增长的趋势。随着水泥的发展，立窑的需求越来越大，其研究项目也很多，1986年国家统计局宣布，我国水泥年产为16156.23万吨，居世界第一位，机立窑水泥产量占80%以上。这些数据说明立窑水泥占水泥比例越来越大，是整个国民经济建设中不可缺少的部分。由于机立窑具有与我国相适应的许多特点，因此，立窑在将来一定长时间内都不会失去其市场，并且随着改革开放的不断深入，国民经济的迅速发展，基建规模的不断扩大，道路、桥梁、开发区的兴建，对水泥需求量大大增加，因此进行机立窑设计具有一定的可行性。从目前情况看，随着产业政策对机立窑的限制以及淘汰一些小的落后的立窑的政策，使得我国现在的机械立窑向大型化，经济规模化，节能化，环保的方向发展。所以现代立窑企业的发展还是可持续发展的。尤其是新型干法水泥发展速度加快，产业结构得到优化。可以预言，在幅员辽阔、各地区发展不平衡的我国，现代立窑和新型干法窑将长期共存。本设计为3.210m蜗轮蜗杆传动的机立窑年产量为16万吨/年，在设计上参考了煅烧工艺对设计的要求，如何从结构上实现高产、优质、低耗，如何提高自动控制水平，减轻劳动强度，减少粉尘排放，增加经济效益，在目前形势下，以高产、优质、污染小取胜。相信，当本设计投入生产后，一定会以其突出于同类的性能、效益获得用户的欢迎。当然，由于水平有限，也一定存在着或多或少的缺陷需进一步探讨、改进的地方，望用户同仁们批评斧正。1 3.210m机立窑主要工艺性能和结构特征1.1 3.210m机立窑的主要工艺性能一般认为料球直径控制在1015mm，水分在1315%时对生产有利，且比较容易实现；在后来的熟料煅烧过程中，发现其含水量偏高，一方面生料球脱水耗热量大，另一方面料球脱水后收缩率加大，立窑周边空隙增多，更容易引起边风过剩。生料球在立窑内的煅烧是一个由表及里的过程，料球直径越小，煅烧时间越短，越有利于提高烧成速率和熟料产量质量。用直径35mm的料球入窑煅烧，可以实现立窑优质、高产、节能，即“小料球煅烧技术”。对水泥的立窑的研究显然早在50年代就有安谢尔姆的立窑和赫道劳夫的水泥工业窑，直至今日，高压、大风量风机的出现，复合矿化剂在水泥煅烧中的应用，使得强化煅烧工艺逐渐取代传统的煅烧工艺，这样，传统的结构理论都发生了相应的改变，再加以环保对粉尘排放设备的要求，微机在生产中的应用使得窑顶收尘，窑底卸料自动控制成为机立窑的改造特色。目前国内机立窑技术水平参差不齐，优劣悬殊，尚有30%左右的立窑，没有达到设计能力。以2.84m、3.0m、3.2m机立窑为例从台时产量、熟料标号、f-CaO含量、烧成热耗等指标来作一分析比较。见下表（1-1，1-2）表1-1 几种规格机立窑台时产量比较一缆表立窑规格2.84m3.0m3.2m落后水平（t/h）8-99-1011-12一般水平（t/h）10-1111-1213-14先进水平（t/h）12-1314-1515-16表1-2 主要技术指标对比主要指标熟料28天强度MPaF-CaO%烧成热耗Kcal/kg落后水平46-483.5-41100-1300一般水平50-522.0-3950-1050先进水平531.5800从以上两表可以看出，同一规格机立窑技术水平差距很大，分析其主要影响因素有：（一）生料成分：石灰石中CaO的含量、粘土中Al2O3含量、Fe2O3含量、煤的挥发分和发热量、矿化剂等；（二）生料质量：生料入窑合格率、生料细度、配热均匀稳定性等；（三）生料配合方案：高饱和配料、高硅低铁配料、三高配料等；（四）预加水成球：料球含水率、料球大小及均匀性、料球强度及圆度率等；（五）机立窑系统：窑形结构、窑体保温、卸料结构等；（六）机立窑操作与管理：大风大料暗火操作、交接班管理、窑工产量考核等。这里主要从机1.2 3.210m机立窑结构特征1.2.1组件结构机立窑安装维修简单方便，整个窑可成支承立轴，锥形料斗，卸料装置，筒体，窑罩，烟囱等组成，新窑安装类似搭积木，通常须15天便可砌砖烘窑，熟练的安装技工只要一个星期就可以结束全窑安装。 1.2.2卸料装置机立窑卸料装置是机立窑的“心脏”，其性能的优劣直接影响到机立窑的使用效果，因此合理选用卸料装置是搞好机立窑生产的根本。就本设计来说，3.2m大直径机立窑宜选用高效盘塔卸料结构（见图1-1），以利增大立窑有效高径比，同时可以减小底火层的深度，为大直径机立窑优质高产创造条件。图 11双曲面可换齿高效节能盘塔其主要性能特点：a.塔尖、盘体采用双曲面结构设计，兜风效果大大提高，气流阻力减小中心通风加大，上风速度加快且通风均匀性好；b.破碎卸料平衡，底火平稳；c.通风面积大，通风阻力小，通风均匀性好。1.2.3传动装置蜗轮蜗杆是一种常见的机械传动。该传动方式、传动链短，容易安装，但也有不足之处：a.蜗轮在低速级承受大扭矩，模数较大（25左右），加工困难，磨损较大，成本较高；b.蜗轮蜗杆传动效率较低；c.缺乏过载保护。为减少磨损，提高传动效率，宜用球面蜗轮蜗杆传动代替传统的圆柱蜗杆。使接触小，磨损小，也会带来成本加大的矛盾，因此还有待寻求更好的途径改进。2总体设计2.1机立窑总体结构和工作原理简介 机立窑是由装满物料的圆形竖放的窑体，上冠窑罩，喂料装置，并接烟囱，下罩卸料装置、料封装置，并由传动装置带动。 工作原理：制成小球的生料经预热分解，烧成等过程，发生化学变化反应，生成熟料。具体说明如下：入窑料球由成球盘制成直径为1015mm水分1315% 的料球，由窑顶喂料装置喂入窑内，充满窑体。物料至上而下运动，助燃空气从窑底或窑下侧鼓入，穿流于料球之间的孔隙，使生料受热发生一系列的物理、化学变化，变成熟料，经冷却的熟料在卸料盘式篦子的破碎下，变成小块，最后经卸料密封装置、料封管等排出窑体。其煅烧过程可分为：2.1.1预热带（包括干燥、预热和分解反应）湿料球入窑后，受自下而上的热气流加热，水分蒸发，变成干料球。同时温度不断升高，燃烧中挥发物不断逸出，但因热气流中缺氧而不能燃烧，随废气排入大气中。随着物料下沉，物料温度继续升高，碳酸盐开始分解，并有部分固相反应。这一带物料在窑面层，约占窑体高度的510%，温度范围201000C。应当注意：湿料球在干燥脱水时，产生大量水气，而在分解时又放出大量气体，气体的排出一方面使料球产生一定收缩，同时使料球产生许多毛细孔，如料球塑性差，可能使球炸裂粉化，影响窑内通风。因此立窑煅烧对料球可塑性、孔隙率、强度有一定要求，这与生料性质、球径、级配、成球工艺有关。2.1.2 煅烧带 预热带物料随卸料运动下沉进入煅烧带，料球温度继续升高到1000C以上。料球中煤粉大量燃烧，温度急速升高，发生大量固相反应。反应放热使温度更快地升高到1300C以上，出现液相，而进入烧结阶段。物料进一步收缩，收缩程度依燃料、原料性质及生产方法而异，一般机立窑中为1222%。烧结的液相和软化的料球粘结，构成一层塑性高温层称底火。当熟料中Al2O3含量高（6.5%）时，底火软，粘性大，此时湿料层若大，则底火被压密，影响通风煅烧。若熟料中Fe2O3含量高（5%）时，底火较脆，并使液相过早出现，易结大块，在卸料时易错断，脱节，底火破坏，影响正常煅烧。煅烧带在立窑内的位置和厚度，对煅烧水泥熟料影响很大，而它的位置和厚度不仅取决于生料中煤的含量，还决定于煤的品质、粒度和通风状态、生料的均化程度、卸料的快慢以及操作水平。正常煅烧时，煅烧带在窑孔大口下部，约占窑体高度的1015%。2.1.3冷却带 烧成熟料自煅烧带继续下落，与窑下鼓入的冷空气进行热交换，软状熔融熟料冷固成块。空气被预热向上进入煅烧带，熟料冷却应需要较长时间，一般冷却从1300C开始到100C左右出窑，此带占窑体高度的7585%。如冷却不好，既影响熟料质量又加快卸料篦子损坏。2.2机立窑内的料、气的运动立窑的筒体是固定不动的，料球入窑后从上至下运动。引起物料在立窑内运动的原因有二：一是由于熟料不断地向下卸出，引起全窑物料运动；二是由于了烧成过程中，因水分蒸发，碳酸盐分解，燃料燃烧和物料烧结等产生收缩，引起上部物料运动。物料的出料运动取决于窑内煅烧情况及卸料装置的性能。而收缩运动则取决于煅烧物料的收缩情况以及燃料的烧尽情况。立窑内的物料只有自上而下运动，而在水平方向上没有相互运动。因此，立窑水泥的质量不太高。立窑内燃料运动的速度一般为0.81.2m/h，停留时间一般在813小时，运动速度太快，则停留时间短，会使熟料未烧透，热耗增加，运动速度慢，则停留时间长，会使熟料过烧，窑的产量也降低，因此，控制好运动速度，对立窑的产量和质量都是至关重要的。立窑内的空气是自下而上鼓入，烟气由上部排出，气体通过物料层时阻力很大，其中烧结层和湿料层的阻力最大，阻力越大，则动力消耗大，从窑炉系统漏出的热气体和冷气体吸入量也增加，因此窑内阻力的大小，影响着燃烧，传热与运动消耗，影响立窑的产量和质量。为了克服阻力，空气必须以一定的压力鼓入窑内，因此最好用罗茨风机，它鼓入的风是硬风，即鼓入的风量不随阻力而变，风量稳定。2.3影响立窑高产、优质的因素2.3.1煤 立窑底火厚度取决于煤的燃烧速度和用煤方式，立窑用煤要求a.煤的挥发份V=68%；b.具有底的灰熔点和粘度（灰熔点13001350C，粘度2550pa.S）；c.煤发热量55006000Kal/；d.煤的粒度控制在0.083.0以内（2%的高硫煤。2.3.2风一般机械立窑横截面的气流速度以0.50.7m/s为宜，所需空气量以燃料1煤8m3空气计算。 气体通过立窑的总压降，随着窑的高度增加而增大，而与窑径的关系不显著，立窑中阻力最大的是冷却带和预热带，预热带的阻力取决于成球质量。冷却带的阻力取决于立窑的烧结状态，即底火厚度。如底火厚度厚，冷却带内块状熟料比例大通风空虚多，阻力变小。反之，底火较薄，窑煅烧经常出现叱火、漏生，在冷却带内块状与粉状混存，通风间隙大幅度下降，通风阻力骤增。生产实践证明，窑况良好的立窑，其窑体阻力（全风入要时）可稳定在12001600H2O，且立窑产量超设计产量1520%以上，而且立窑不粘边、不结圈，工人操作简化，劳动强度下降。2.3.3料 立窑生产要求有一稳定的生料成分和一合理的生料配方方案，其次成球质量的好坏直接影响立窑的煅烧，立窑煅烧对料球有严格的要求，料球的大小直接影响立窑的通风阻力、煤的燃烧速度及熟料的烧成情况。现代立窑要求小料球成球，其指标为：含水率1112%，气孔率3235%，料球直径d90=35,采用小料球煅烧可以扩大传热面积、加快烧成速度、缩短煅烧时间，从而提高立窑产量、质量，降低煤耗。2.3.4优化立窑结构 由于机械立窑没有统一的技术标准，各机械生产厂制造的立窑窑型结构各不相同，目前大部分水泥厂使用的立窑都存在结构上的问题，严重影响机立窑生产的正常发挥。需在设计时考虑对立窑的系统技术改造。2.4窑型的确定窑型通常由窑体内衬的基本形式决定，主要有（如图2-1）上端扩大型、两端扩大型、中间扩大型。2.4.1上端扩大型 如图2-1（a）,这种窑比较简单，窑的上口扩大，主要考虑到湿料从上口进入时随着烘干脱水、烧成，体积显著收缩，上口如不扩大，会使窑壁与料柱空隙增大，造成边风过大，中风不足，烧成困难。因此，除最古老的土窑是直筒形窑外，当前所有的水泥立窑几乎都取上端扩大型式。这种窑的不足是冷却带，特别是在卸料塔带，物料受挤，空隙较小，通风冷却欠佳。图2-1 立窑窑体型式 ( a ) ( b ) ( c )上端扩大型 两端扩大型 中间扩大型2.4.2两端扩大型 如图2-1（b）,这种窑型是在上端扩大型的基础上，将下部的直筒部分扩大100200，并以锥体连接。这是考虑到由于塔式篦子存在，下部空隙相对比上部小，如不扩大，下部物料受挤，影响通风和卸料，而且由于上部耐火砖比铁砖磨损快而加剧上大下小，物料被搁架，影响出料运动。近年来的使用实践表明该窑型较佳，在下端大的过渡部分，通常也采用同上喇叭口相同的锥度，因而有人称双喇叭型。2.4.3中间扩大型如图2-1（c），该窑型是在两端扩大的基础上，考虑使用中心风管时物料对风管的冲击，特别是土立窑，为防止出料时窑内物料突发性下落，常在窑门上端一段收缩，形成了中间扩大。该种窑型因为制造困难，而且主要应用于土立窑升高中心风管，故在目前的机立窑中很少使用。综上所述，直筒型不能采用，两端扩大型综合了上端扩大型的优点，中间扩大型制造维修困难，结构复杂，而且两端扩大型的特性与其相差不大，因此本设计选用两端扩大型。2.5传动方式的确定 目前，用于立窑的传动方式主要有两种：一种是机械传动，另一种是液压传动。这两种各有利弊：a.传动效率上看：机械传动的传动效率目前普遍低于液压传动的传动效率，它摩擦热损失大，所需要电机功率大。b.从调速范围的适应性看：机械传动适应于较大的调整范围，仅仅对减速机的电机有所要求，液压传动适用于小的调整范围，因为大的调整范围对泵、阀管道、电机等众多标准件提出高级别的要求，如盐城市水泥厂2.27.5m调整范围为37.35转/小时。c.从传动性能安全保护上看：液压传动工作平稳，易实现过载保护，机械传动则次之。d.从制造、安装、管理上看，液压传动制造、安装、管理要求高些，机械传动则低些。e.从结构上看，液压传动复杂而紧凑，机械传动占地空间大。f.本着操作管理水平简单的设计思想，本设计采用蜗轮蜗杆机械传动，采用大立轴。2.6规格参数的确定【5】立窑的规格是用烧成带的直筒部分的有效内径D和筒体的高度H来表示的，即表示为DH。2.6.1立窑的台时产量本次设计的是年产量16万吨普硅水泥的立窑。掺入的混合材为15%，机械立窑的年运转率取0.82，一年以300个工作日计算。则台时产量为 （2-1）式中 Gh台时熟料产量，t/h； Gy水泥年产量，t ； t8760，h； c熟料对于水泥的比例，%； v年运转率v=0.80.85，通常取v=0.82以Gy=16万吨，则Gh=18.93（t/h）根据经验公式： D2mA （2-2）式中 G台时产量，/h；mA截面产量，/h.m2，机立窑：mA=12002100，/h.m2；D烧成带直筒部分有效内径，m。 在此机立窑设计时取mA=2100/h.m2则： 18930=D22100 D=3.39m根据设计要求，由窑径系列可取D=3.2m，即立窑的有效内径（烧成带）为3.2m。2.6.2窑体高度的确定 按B安谢尔姆理论是根据窑内必须停留时间确定，然后根据物料在窑内的沉降速度确定窑的高度，但缺乏统计值，理论值不好计算，现根高径比（D/H）计算。国内外一些厂立窑高径比统计数据如下表（2-1）。由表得平均高径比为3.189，本次设计立窑的高径比取均值3.189 则 H=3.1893.2m=10.2048m设计时取窑体有效高度H=10m，因为：a.立窑的产量G，这从赫道劳夫公式中可以看出，所以降低高度H，有利于产量的提高。b.降低窑的高度后，冷空气遇较高温度的熟料接触，加速了熟料的冷却速度，使熟料急冷而产生熟料内部微裂纹与残余应力，有利于熟料的破碎与粉磨，对产品的质量提高有益。表2-1国内外一些水泥厂立窑高径比统计数据立窑烧成带内径D立窑高度H高径K1.254.003.201.404.503.211.605.003.131.805.603.112.006.303.152.247.103.172.408.003.332.509.003.202.8010.003.203.0010.203.333.6012.503.114.0013.003.13 通过以上的计算说明，确定年产量16万吨的普硅水泥的立窑规格为3.210m。2.6.3喇叭口的设计为减小边风，提高中风，窑型采用二级倒台阶结构，喇叭口设计应根据机立窑的收尘方式来确定。一般采用大布袋或电收尘，采用浅暗火操作，喇叭口深度H2=0.5-0.55D3,=13.5-14.5。采用水收尘或沉降室，操作方法采用暗火或深暗火操作，喇叭口深度H2=0.55-0.6D3,=12.5-13.5图2-2 立窑筒体喇叭口直径D1按下式计算： （由上述，h1取1.7m） （2-3）其中 =1020，综上可以取=13.5-料球的线收缩率 （2-4） （2-5）G要求的熟料产量t/h；GF立窑煅烧单位截面面积产量。（机立窑=1.32.1t/（.h）由、得 ( h2=24m 取h2=4m)结论：机立窑筒体尺寸分别为：D1=4.02m，D2=3.2m，D4=3.4m，h1=1.7m，h2=4.0m，H=10m，=13.5，=80。3 参数计算及参数确定【5】3.1机立窑的转速 机立窑的转速实际上决定着卸料能力，而卸料能力又与立窑燃烧过程中热和质的传导有关，由于物料经历了常温-1450C-100C左右的冷-热-冷的变化和C3S、C2S等产物形成的阶段，所以必然有热源、需时间，这样，卸料能力作为目标函数G=f（n）又被工艺时间约束着，也即转速受到一定限制。机立窑卸料装置的转速因为很慢所以很难建立宏观的数学模型，一般控制在215r/h，常用39r/h。3.2卸料篦子所需的功率 （3-1）N1破碎熟料所需功率，kw；N2克服物料对卸料篦子的摩擦阻力矩所消耗的功率，kw；传动效率破碎熟料所需功率（N1）由公式 N1=GW1（kw） （3-2） G机械立窑产量，t/h；W1按“邦德指数”计算的破碎1t熟料所需要功率kw/t （kw/t） （3-3）d1=（1.50.5）105m，d2=（31）104mw1=148.8=0.475（kw/t） N1=Gw1=18.930.4758.992（kw/t）为了简化讨论，可将塔篦子简化为阶梯圆柱体 由公式：3K （3-4）式中：f=0.4，k=0.82，ht=0.8，r=1，=1.3，n=0.15rpm 则 =6.687104 （Nm）功率： N2=1.05 （kw） （3-5）所以 =14.34616.737 （kw）3.3风量、风速、风压计算3.3.1 风量入窑风量包括：V1煅烧物料的基本风量， m3/min；V2漏风损失，可用系数K1计算；V3储备风量，可用系数K2计算。故 V=V1+V2+V3=V1K1K2 （3-6）式中 K1漏风系数K1=1.151.25（机立窑）（取K1=1.2）K2储备系数K2=1.21.3。（取K2=1.25）根据B安谢尔姆经验公式 V1= =4.8210-6KGq （m3/min） （3-7）式中 G窑台时产量，/h；V燃烧基本风量，m3/min；q熟料单位热耗比，kJ/kg熟料；（q=37604600 kJ/kg）K生产不均匀衡衡量系数，机立窑：K=1.0。则 V1=4.8210-61.018930（37604600） =343.1419.7 （m3/min）V=V1K1K2=（343.1419.7）1.251.2=514.65629.55 （m3/min）3.3.2 风速验算标准状态下的风速W。计算公式：W。= （3-8）式中 W。假定流速，Pam/s；V1 风量，m3/min；t 鼓风机进风温度一般取t=30C；P 当地大气压力，Kpa；D1 窑烧成带有效内径。则 W。=0.72 （m/s）据安谢尔姆实验，当料球球径d=515，料层孔隙率1618%时，算出的平均风速2.94.1 Pam/s，换算成实际温度下的流速可达1927 m/s，这说明立窑的传热很好，阻力也很大。 3.3.3 风压在此采用经验估算法： P=（12502450）H （Pa） （3-9）H立窑有效高度，m （H=10m） P=（12502450）10=1250024500 Pa因为机立窑宜取高值，故P=24500 Pa3.4 窑废气量 立窑废气量的形成：a.鼓入空气中气体参加反应后的剩余物，除N2外还可能有余量O2；b.反应生成物CO、C2O、H2O蒸汽等形成；c.窑面负压漏入的部分气体。前两项经常用经验数值估算，一般以单位熟料气体生成量Ve表示，按经验Ve=1.62.0m3n/，熟料，则立窑废气量Vs可按下式计算：Vs= （m3/h） （3-10）式中 ts废气温度，一般ts=80120C；P 当地大气压力，Kpa；K 生产不均衡系数，（K=1.0）；K1漏风系数K1=1.151.25（机立窑）（取K1=1.2）。按此计算3.210m窑 Vs=2.018.9310311.2=62073.8 （m3/h）3.5 烟囱直径烟囱直径与排出废气量和烟囱内气体流速有关，烟囱直径可用下式进行计算： （3-11）式中 Dg烟囱的直径，m；Vg通过烟囱的废气量，m3/h；Wg烟囱内气体的流速，m/s；对自然排风烟囱Wg取24m/s；n 烟囱的个数。通过烟囱的废气量可用下式进行估算：Vg= vgm （3-12）式中 Vg通过烟囱的废气量，m3/h；vg单位熟料废气生成量，一般为1.62.0标m3/熟料；tg废气温度，C，一般为80120C；p 当地大气压力，Kpa；K1生产不均衡系数，通常机立窑K1取1；、K2漏风系数，通常机立窑K2取值1.151.25。若考虑排风机还应有一储备系数，一般为1.201.30。因为Vg=62073.8 （m3/h） （n=2，Wg=3m/s）Dg=1.92（m）本次设计烟囱直径Dg=2m。3.6 烟囱高度通常h=（1.61.65），要求窑面在微负压状态下工作 h （3-13）式中 烟囱入口负压，建议3Hg； p 当地大气压力，取750Hg； tm烟囱内平均温度 tm=80120C。代入数据的烟囱高度h h 16.6（m）通过参考表（3-1）立窑用烟囱参考尺寸，以及烟囱越高，抽力越大，对窑操作有利。但过高，稳固就难，且越高易有水汽凝结粉尘，使烟道排风受阻，因烟气需进沉降室收尘，以及本设计采用水收尘作为第二级收尘，故烟囱应相对增高一些。本次设计取h=2000。表3-1立窑用烟囱尺寸参考机立窑规格 mm烟囱直径 m（双烟囱）烟囱高度 m2.381.31.415162.48.41.31.415162.58.81.41.515162.5101.41.516182.8101.51.616182.9101.51.618203.0101.61.718203.0111.61.720223.2101.71.820223.2111.71.820224 重点结构设计 机械化立窑是由许多部件构成的，为了便于设计、研究、讨论，将立窑分为三大部分：收尘与喂料、窑体与卸料、传动过程。本次设计的重点是卸料和窑体。现就设计过程和设计结果分述入下：4.1立窑窑体的结构设计本设计选用的窑型为两端扩大型，两端扩大型的优点在前面已经详细论述过这里不重复赘述。该窑型可分为锥形段、收缩段、扩大段和过度段几部分构成。4.1.1 锥形段其作用是为适应湿料球在煅烧过程中产生收缩，防止与窑壁之间形成空间，使边部风过大，中部通风不良。同时，倒锥形也使锥体风速下降，使底火易均匀，倒锥口直径D1取决于料球的收缩率、鼓风能力和操作情况。倒锥的高度由烧成带的位置决定，但立窑的扩大口角度及扩大口高度，对立窑高温层的位置及厚度起着极为重要的作用。为了使立窑的煅烧处于理想状态以及解决料球煅烧过程中，因收缩造成的窑壁与物料之间的空隙，减少边风过剩现象，并且减少炼边、结圈、烧结等一些烧窑不良现象的发生。本设计采取了如下措施，立窑的扩大口角度比书上推荐的适当减小，扩大口高度适当增高。4.1.2 收缩段D2是指立窑的规格尺寸，由产量确定，高度由窑直径的大小而定，起作用是保证高温层下移时，不被拉裂，使物料能烧透。4.1.3 扩大端一般D3=D2+（0.10.2）。其作用使熟料能松弛一下，增加熟料之间的空隙，既利于熟料通风冷却，又利于物料顺畅下移。4.1.4 过度段 扩大端与收缩段之间可造成一个倾角，使边风射向中心，避免边风过大。这样就解决了窑中心通风不良，煅烧不完全的问题。4.1.5窑体保温结构机立窑正常操作时最高温度达到14501500C，由于砖导热很快，砖尾的温度高达800C左右，如用普通的保温材料作隔热、保温层很快就粉化，目前隔热材料和隔热制品有很多种，最重要是使用温度是否能达到900C以上，热导率是否低于1.0w/（m.k）。另还要根据目前的立窑节能保温方法，结合本设计为3.210m的大规格直径机立窑，尤其要重视窑体保温措施，窑体保温直接影响机立窑产、质量，由于窑体保温不好，配煤增加，中部热量过剩，造成中部煅烧带延长，底火下移，影响机立窑煅烧，产量降低；而且由于中部通风不良，还原气氛严重，造成C3S转化为C2S和二次f-Cao，熟料质量下降。因此，本设计采用了新型保温材料，如GB保温板、GL保温板、以及复合保温板，采用这些节能型窑衬以后，边部散热减少，减少了中边部温差，底火不拉深，中风加强，煅烧速度加快，产品质量提高。在结构上设计上考虑到窑体保温不宜用外保温法，应采用内保温法。在窑体内采用绝热保温效果好的新型保温材料和浇注料。窑体保温后，应使煅烧带筒体表面温度与环境温度差小于10。采用新型保温技术后，一般机立窑可节煤10-15%，以年产量10万吨熟料计，年节煤近60万元。4.1.6 冷却带的带齿铁砖 因为带齿铁砖可以啃住边部熟料，克服物料随塔篦转动而沿周边打滑的缺陷，有利于增加破碎与卸料能力。故本设计改变传统的方式，将平衬板改为带齿铁砖。为避免因耐火砖磨损后出现台阶，造成下部卡窑、棚料、使落料发生困难，所以设计时将铁砖安装直径比冷却带耐火砖砌筑直径大100mm。4.2 机立窑的卸料装置4.2.1卸料装置的重要性以及技术要求我们知道，机立窑的卸料装置是机立窑生产的关键部位，也是立窑技术改造中人们最关注的部位，也是技术中最活跃的部位。经验说明3.2m机立窑卸料结构不宜采用塔式结构，因为塔式结构不仅增加卸料部分高度，缩短窑的有效高度；而且随着窑径扩大，塔式窑中、边部卸料能力不均匀性越大，造成中部卸料速度远远大于边部卸料速度，必然造成底火拉深，中风不足，即使是塔式窑结构，千万不要采用高塔篦，考虑机立窑卸料篦子是机立窑生产的关键部位，也是本设计最重要的部件设计。它不断地旋转，不但承受全窑物料，还要松动破碎物料，使物料卸出量根据需要得到方便控制。此外，风也要从底部卸料篦子进入，故对卸料篦子有如下要求：a. 能使窑内整个断面均匀地卸料，一保证落料平稳，底火稳定；b. 能及时破碎烧结的大块物料；c. 上风均匀风阻较小（风口面积较大）；d. 能方便地调整卸料速度与回转方向；e. 耐热耐磨，维修方便；f. 承载受扭，刚度较大。本次设计就是双球面可换齿盘型卸料篦子，其结构特点在1.2节已经详细叙述，在此不再加以赘述了。从生产实践可以得到结论： 采用以上卸料结构不仅破碎卸料能力大，而且卸料均匀性好，底火平浅，不拉深，落料平衡，中风强，窑面不正常情况少，工人好操作，产量高、质量好。4.2.2卸料篦子风孔率的计算【5】卸料篦子风孔率已作为卸料篦子性能的重要指标。它与熟料产量和质量关系很大，在保证塔篦强度，不漏大料的情况下，尽量加大风孔率，要求不低于25%，通常在25%40%。风孔率可用下式表示： （4-1）式中 s0锥塔外垂直方向通风口面积（包括盘式部分和颚口有效面截积）；s1、s2、s3锥塔体上垂直风口、倾斜风口、水平风口面积；k1 、k2 、k3对应风口的垂直方向当量系数，建议取值为k1=1，k2=0.90.02，k3=0.820.02； d2为冷却带下部内径，m。在此暂不考虑风口方向因素，取k1 =k2 =k3=1，则如图（4-1），分别假设各个风口的截面积为s1、s2、s3、s4、s5、s6、s7，塔外垂直方向通风口面积为s0，根据设计的数据，计算过程如下：图4-1 双曲面可换齿节能盘塔结构示意图 s1=(10025028)/sin45=989800s2=(10012018)/sin33=396621.4s3=(657528)/sin25=322999.9s4=(1702208)/sin75=309761.8s5=(1201608)/sin53=192336.4s6=(40804)/sin20=37427.2s7=(120/2)2 =11304s0= (3190+160)/22- (3190/2)2=821816.4所以 = = 从生产实践考虑，高的风孔率有助于燃烧，但高的风孔率会使出料粒度增粗，两者是既矛盾又统一的，不能两全其美。但在很多的情况下，宜舍粒度保通风。因为立窑的主要任务是烧成，而非破碎。塔篦主要是通风、卸料，其次才是破碎。破碎是为了卸料方便。当然篦孔过大，塔强度削弱；大料不碎，下料管会搁堵，影响出料也影响通风冷却，所以也以适当为宜。5 结论本课题设计大概用了两个多月的时间，大体可以分为四个阶段， 分别是：搜集资料、方案论证、设计计算以及计算机出图。整个设计包括：卸料装置设计、窑筒体及总体设计等。产品为3.210m机立窑，其总体设计在传统机立窑结构布置的基础上对卸料、筒体保温及窑衬上进行了改进和创新。总结其优点和特色有二：一是采用保温效果好的新型保温材料和浇注料，保温效果有了明显提高，从而节省燃料，水泥质量也相对提高；二是通过对卸料篦子的设计，使窑的截面通风面积加大，中心风增强，并且设计了可换型破碎齿，这样不但使窑的产、质量提高，也延长了卸料部件的使用寿命。当然由于水平有限，整个设计中也存在一些重要的问题。如立窑收尘方面、机械传动方面都有很不到位的地方，还需要进一步对蜗轮蜗杆传动的平稳性问题上进行研究校核，并希望读者